丙烯腈物料衡算(共14页)

精选优质文档-倾情为你奉上目录设计任务：年产6000t/a丙烯腈合成段设计（aspen模拟）按年工作日300天，丙烯腈损失率3.1%，设计裕量6%计算丙烯腈小时生产计算依据：原料组成：（摩尔分数）含C3H685% 、C3H815%。进反应器的原料配比（摩尔比）为C3H6C3H8O2 =1:1.05:2.3见表1。表1 反应后各产物的单程收率物质丙烯腈（AN）氰化氢（HCN）乙腈（ACN）丙烯醛（ACL）CO2摩尔收率0.60.0650.70.0070.12操作压力0.203MPa 出口压力0.162MPa反应器进口温度110 反应温度450 气体出口温度350。其他设计参数查相关手册。一概述1.1产品简介丙烯腈，分子式为CH2=CHCN，英文缩写为AN。丙烯腈（AN）是一种易燃、剧毒、有苦杏仁味的无色液体，它具有高极性，可同大多数有机溶剂互溶，它作为一种重要的有机化工原料，在合成纤维、合成橡胶、合成树脂等高分子材料中占有重要地位。以丙烯腈为原料可生产腈纶（丙烯腈纤维），丁腈橡胶（NBR）、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂（ABS）和苯乙烯-丙烯腈树脂（SAN）等。丙烯腈主要用于生产腈纶，约占50%，其次是ABS/SAN、己二腈和聚丙烯酰胺等。1.2 丙烯腈的物理性质丙烯腈在常温常压下是无色液体熔点82、密度0.80/m3、 沸点77.3.味甜具有刺激性的微臭味、有毒。室内允许浓度为0.002mg/L，在空气中的爆炸极限为3.05%17.5%能溶于许多有机溶剂中与水部分互溶。在水中的溶解度为7.1%(质量分数)水在丙烯腈中的溶解度3.1%(质量分数)。丙烯腈可与苯、四氯化碳、甲醇形成二元共沸物能与水形成最低共沸物。1.3 丙烯腈的化学性质丙烯腈：化学式 CH2=CH-CN含有双键和氰基其化学性质活泼，易聚合.也易与其他发生加成反应。是三大合成材料合成纤维、合成橡胶、塑料的基本且重要的原料。是用来生产聚丙烯纤维(即合成纤维腈纶)、丙烯腈丁二烯苯乙烯塑料(ABS)、苯乙烯塑料和丙烯酰胺。其用途分配：合成纤维约占40%60%.树脂和橡胶约占15%28%。此外还有丙烯酰胺等有机产品。另外丙烯腈可制得丙烯酸酯等。丙烯在引发剂(过氧甲酰)作用下可聚合成一线型高分子化合物聚丙烯腈。聚丙烯制成的腈纶质地柔软，类似羊毛俗称人造羊毛，它强度高，比重轻、保温性好、耐日光、耐酸和耐大多数溶剂。丙烯腈与丁二烯共聚生产的丁腈橡胶具有良好的耐油、耐寒、耐溶剂等性能是现代工业最重要的橡胶、应用广泛。1.4 工艺现状目前，丙烯腈的主要生产工艺是流化床丙烯氨氧化法。然而，丙烷氨氧化法生产工艺的出现对丙烯氨氧化法提出了挑战，因为丙烷比丙烯更具有价格优势，这可以大大降低生产所耗原材料的费用。1.5 原料来源丙烷脱氢制丙烯，原料丙烷主要来自液化石油气(LPG)，目前国内的LPG主要作为民用燃料使用。1997年，用作民用燃料的LPG占LPG商品总量的94.5%。已开工建设的长达4212km的“西气东输”管网工程将为长江中下游地区提供120亿立方米每年的巨大天然气源，另外，中石化预计明处在东海开发新的天然气资源，目前探明的可利用储量为190亿立方米每年的巨大天然气源；另外，安徽淮南又发现新的天然气资源等。1.6 丙烯腈的发展简史及展望第二次世界大战前夕，发现丙烯腈的共聚物可极大改善合成橡胶的耐油和耐溶剂性，丙腈烯因而开始受到重视。战争期间，德国开发了环氧乙烷和氢氰酸合成丙烯腈的氰乙醇法工艺。后来，德国法本公司又开发了乙炔和氢氰酸直接合成丙烯腈的乙炔法。在1960年以前，此法是丙烯腈的主要生产方法。其后，丙烯腈在合成纤维、树脂等方面的新应用，又促进了丙烯腈新生产方法的研究及其产量激增。1960年，美国俄亥俄标准油公司采用流化床反应器开发丙烯氨化氧化一步合成丙烯腈工艺并投入工业生产，引起了丙烯腈生产工艺的巨大变革。1983年，世界丙烯腈年产量已达3Mt，几乎全部采用丙烯氨化氧化法生产。目前全球95%以上的装置采用BP公司都开创并发展的丙烯氨氧化法技术，催化剂是丙烯腈合成的关键，用MO、Bi、CO等数十种金属混合氧化物，反应温度为35,丙烯转化率达到96.4%，丙烯腈转化率为80.2%。近年来丙烷氨化氧化法生产丙烯腈的研究已经取得了长足性的进展，现处于中试阶段，就一方面由于价格的因素，丙烷的价格比丙烯低的多，但另一方面也为惰性的丙烷开拓新的领域，就目前的技术水平看，投资大、转化率低、选择性不高等多方面弱点，所以在目前还不能和丙烯氨化氧化法相媲美，所以丙烯氨化氧化法至今经久不衰。1.7 市场分析我国丙烯腈主要用作腈纶，2000年我国丙烯腈产量约为400kt，消费量约为550kt，消费结构与腈纶占85%，ABS/AS约占7%，丙烯酰胺约占3%，其他为5%,由于国内供应不足，国内近期有多家企业计划扩建丙烯腈装置。近十年来我国发展迅速，1988年产量为80.5kt，2000年约为400kt，年增长率约为14.3%，丙烯腈的生产与消费主要集中在美国，西欧，日本与工业发达国家和地区，他们生产能力约占全球生产能力的66.2%。二丙烯腈工艺流程简介2.1生产工艺原理在丙烯氨氧化法生产工艺中，丙烯腈是丙烯在一种混合金属氧化物催化剂的作用下与氨和氧气（或空气）反应合成的。反应方程式为：C3H6+NH3+1.5O2C3H3N+3H2O此反应是强放热反应（220，000BTU/1bmole丙烯），虽然氨氧化催化剂对丙烯腈是中等选择性，但有许多副产物，如乙腈、HCN、CO和CO2。典型的反应条件为：温度，750900F；压力，3050psia；接触时间，26秒；氨/丙烯（摩尔进料比），1.051.2；空气/丙烯（摩尔进料比），820。在这些条件下丙烯的转化率通常大于90%。2.2生产工艺流程丙烯和氨蒸发混合后进入反应器,与压缩机送来的空气中的氧在催化剂作用下发生化学反应,生成丙烯腈、乙腈、氢氰酸、水、丙烯醛及丙烯酸等物质,形成反应气体。这其中还包括未反应的丙烯、氨及氧等物质,反应气体经旋风分离器除催化剂后,进入急冷塔下段进行急冷和洗涤,除去反应气体携带的催化剂粉尘和反应生成的聚合物,并由塔底排出,送界区外处理。洗涤后的反应气体进入急冷塔中段,加入浓硫酸,浓硫酸与反应气体中的氨发生中和反应,生成的硫铵液送硫铵液贮罐。反应气体除氨后进入急冷塔上段进行降温,降温后进入吸收塔,回收丙烯腈和其他水溶性有机反应产物。吸收塔顶排出未被吸收的CO、CO2、N2及烃类等物质,吸收塔釜液进入萃取塔进行萃取,从萃取塔侧线抽出含有乙腈、水及少量氢氰酸的混合物,并把混合物打入乙腈塔进行汽提,得到粗乙腈,一部分回用,一部分送乙腈炉焚烧。萃取塔顶分离出的丙烯腈、氢氰酸及水蒸气等物质进入脱氰塔,经减压精馏后,塔顶蒸出氢氰酸,塔釜出来的丙烯腈含有少量水,再经脱水塔除水后,得到丙烯腈成品。2.3 Aspen合成工艺流程简介丙烯氨氧化法生产丙烯腈的工艺流程主要分为三个主要阶段：反应工段、水洗工段以及分离精制工段。反应工段包括原料预处理工序及反应器部分；回收工段包括氨中和塔、急冷液再生塔、水洗塔以及丙烷回收系统；而脱乙腈、乙腈精制塔、脱HCN、成品精制塔属于分离精制工段。经过滤后的洁净空气由透平压缩机COM1压缩至0.1MPa左右，丙烯和氨分别进行汽化后，分别达到30，1.4MP和30，1.6MP，进入混合器（MIX）与空气按一定比例混合，从流化床反应器R底部的上分布板进入。流化床内先已安装好固定相的催化剂并燃烧丙烯将床内预热到400左右。丙烯、氨和空气在催化剂料层中，进行气固相催化反应，控制反应温度在400；由流化床内的U型冷却管通去盐水移去反应热，生成高压蒸汽和高压过热蒸汽作为空气透平压缩机的动力。流化床反应后的气体产物，经床顶的内旋分离器除尘，回收催化剂后，由换热器H1迅速冷却至220，即进入急冷塔（JL）进行处理。急冷塔下部由循环水洗去夹带的粉尘，可能已经聚合的高聚物渣滓，部分醛类和少量氨。气体由中间隔开的泡罩进入急冷塔上半段，用工业硫酸中和除去气体中残余的全部NH3，除沫后由急冷塔后冷凝器H2将气体冷却至15。除去氨的气体主要是丙烯腈、HCN和乙腈，还有N2、CO、 CO2等以及少量的丙烯醛、丙酮、丙烯酸等副产物，通过透平压缩机COM2进入水吸收塔（XS）用4水吸收，得到粗丙烯腈水溶液。塔顶低温下，不凝气放空，粗丙烯腈水溶液进入萃取精馏塔（CQ）。丙烯腈和水的共沸物从塔顶馏出，乙腈由侧线采出。三丙烯腈的物料衡算丙烯腈合成段，年产6000t/a丙烯腈,年工作时间为300天，损失率为3.1%，设计裕量6%，原料组成为0.85（摩尔分数）的和0.15 的，丙烯原料与氨气，氧气的比为，（空气按21%，79%来算）反应如下：主反应： 0.6副反应： 0.065 0.07 0.007 0.12各物料的摩尔质量物料摩尔质量kg/kmol4217322844441853275641生成丙烯腈的质量流量：丙烯腈的摩尔流量：原料的摩尔流量：,的摩尔流量：,的摩尔流量：,的摩尔流量：,的摩尔流量：,生成的量：生成的量：生成的量：生成的量：生成的量： 输出的，的量：，不参加反应，其量不变输出的=输入的=,输出的=输入的=,未反应的量： 未反应的量： 未反应的量： 将上述各物料的计算值汇总列入下表：丙烯腈合成段物料衡算数据组分输入输出摩尔流量/(kmol/h)质量流量/(kg/h)摩尔流量/(kmol/h)质量流量/(kg/h)表中输入总质量和输出总质量结果不一致，是由于换算系数采取了近似值及在计算过程中皆采用一些近似值产生的误差。四模拟流程及结果展示4.建立Aspen模拟流程4.1 换热器H1模拟结果4.2 压缩机COM1模拟结果4.3 压缩机COM2模拟结果4.4萃取精馏塔 CQ模拟结果4.5 换热器H2模拟结果4.6急冷塔JL模拟结果4.7 反应器R模拟结果4.8水吸收塔XS模拟结果4.9物流模拟结果五设计体会本设计利用所学的Aspan Plus与化工设计相结合对丙烯腈合成工段进行了模拟计算，用Aspan Plus流程模拟软件所得出的结果是合理的.可以侧面验证结果的准确性，对于化工设计模拟有重大意义。通过这次毕业设计使我充分理解到化工原理毕业的重要性和实用性，更特别是对精馏原理及其操作各方面的了解和设计，对实际单元操作设计中所涉及的个方面要注意问题都有所了解。设计工作是一个综合性的工作，需要很多方面的知识。通过这次丙烯腈Aspen模拟的设计，不仅让我将所学的知识应用到实际中，而且对知识也是一种巩固和提升充实。在老师和同学的帮助下，及时的按要求完成了设计任务，通过这次毕业设计，使我获得了很多重要的知识，加深了对于所学习的知识的理解。同时也提高了自己的实际动手和知识的灵活运用能力。专心-专注-专业